L'inquinamento atmosferico in Italia: il modello nazionale MINNI - Luisella Ciancarella - ENEA Roma, 4 giugno 2015
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L’inquinamento atmosferico in Italia:
il modello nazionale MINNI
Luisella Ciancarella – ENEA
Roma, 4 giugno 2015
CHI SIAMO
Gabriele Zanini
responsabile UTVALAMB
LUISELLA CIANCARELLA
responsabile UTVALAMB_AIR
Mario Adani, Massimo Berico, Gino Briganti *, Andrea Cappelletti *, Egildo Cavazzini,
Giuseppe Cremona, Massimo D’Isidoro, Antonella Malaguti , Teresa La Torretta,
Mihaela Mircea, Roberto Nuzzi, Antonio Piersanti, Gaia Righini, Lina Vitali
Felicita Russo, Milena Stracquadanio
TD
Alessandra Ciucci, Ettore Petralia, Chiara Telloli
Assegni di ricerca
COLLABORAZIONI STABILI PER IL MODELLO MINNI
Ilaria D’Elia, Roma Sede
Tiziano Pignatelli, Giovanni Vialetto
ENEA, Casaccia (Roma)
Giovanni Bracco
FIM, ENEA, Frascati (Roma)
* sede ENEA Pisa
Inquinamento Atmosferico: modelli e misure
“The spatial coverage of monitoring is usually limited. Modelling can potentially provide complete spatial
coverage of air quality.
Modelling can be applied prognostically. i.e. it can be used to predict the air quality as a result of changes
in emissions or meteorological conditions.
Modelling provides an improved understanding of the sources, causes and processes that determine air
quality.
Modelling is an important tool on which to base action plans, both short and long term.”
(Guidance on the use of models for the European Air Quality Directive , ETC/ACC report)
Il Progetto MINNI
Modello Integrato Nazionale a supporto della
Negoziazione Internazionale sui temi
dell’inquinamento atmosferico
Responsabile del progetto: Gabriele Zanini
• Progetto ENEA finanziato dal 2002 al 2012 dal
Ministero dell'Ambiente e della Tutela del
Territorio e del Mare
• Sviluppato da ENEA in collaborazione con
Arianet s.r.l. (Milano) e IIASA (International
Institute for Applied Systems Analysis -
http://www.minni.org/ Vienna)
IL SISTEMA MODELLISTICO ATMOSFERICO (SMA)
Inventari
Campi ECMWF Dati Locali (ISPRA GAINS ed Info spaziali e
EMEP) temporali
RAMS, LAPS
Sottosistema
METEO Emission Manager
Meteo SURFPRO Sottosistema
EMISSIVO
Parametri di Emissioni
turbolenza
Campi EMEP Matrici di
IC e BC FARM Trasferimento
Sottosistema
CHIMICO-FISICO Concentrazioni e Deposizioni GAINS
Le simulazioni modellistiche
ANNI SIMULATI: valutazione (1999, 2003, 2005*, 2007, 2010**)
scenario (differenti proiezioni al 2015, 2020, 2030)
* include HM and POPs a 20 km risoluzione orizzontale
METEOROLOGIA: ** include HM and POPs a 4 e 20 km risoluzione orizzontale
1999, 2005:
20km ris. RAMS (nudging)
4km ris. LAPS (diagnostic)
2003, 2007, 2010:
RAMS (nudging) a 20km e 4km ris.
EMISSIONI:
EMEP + Inventario Nationale (ISPRA)
(approccio top-down)+ Inventari Regionali (metodologia GAINS)
IC/BC:
EMEP/MSC-W output con ris. temporale
di 3 ore per gas e aerosol;
EMEP W/MSC-E con ris. temporale
di 6 ore per HMs e POPs
QUALITA’ DELL’ARIA: FARM
20km e 4 km ris. orizzontale
12 livelli verticali (fino a 4 km) 1999
16 livelli verticali (fino a 10 km) 2005, 2003, 2007 , 2010
One-way nested
I processi atmosferici nei modelli di qualità dell’aria
Gli inquinanti secondari: l’Ozono
Radiazioni
UV
NO2 O2 O•
O• NO O3
COV
organici reattivi
NO2
La componente secondaria del PM
FARM: Flexible Air quality Regional Model
http://air-climate.eionet.europa.eu/databases/MDS/
Initial and boundary conditions:(aerosol)
Dry and wet aerosol deposition
Emission model:
AEROSOL MODELS:
Land use and sea salt
AERO3 Aerosol
orography ISORROPIA emissions
SORGAM
Transport
+
diffusion
Heterogeneous
chemistry
Gas emissions
Meteorology Emission model:
BVOC
GAS CHEMISTRY
MECHANISM:
Dry and wet SAPRC99
gas deposition
Initial and boundary conditions (gas)Model guidance in support to application of the European Air Quality Directive (50/2008) - FAIRMODE (Forum for air quality modelling in Europe)
Model guidance in support to application of the European Air Quality Directive (50/2008) - FAIRMODE (Forum for air quality modelling in Europe)
GLI INDICATORI ELABORATI PER VIIAS
NO2 medie annuali
PM2.5 medie annuali
PM10 medie annuali
Ozono media dei massimi giornalieri delle medie mobili su otto
ore. E’ stata calcolata sia la media sull'anno che sul
periodo estivo aprile-settembre
Ozono SOMO10 (somma dei massimi giornalieri delle medie
mobili su otto ore che superano i 10 ppb). E’ stata
calcolata sia la media sull'anno che sul periodo estivo
aprile-settembre
Ozono SOMO35 E’ stata calcolata sia la media sull'anno che
sul periodo estivo aprile-settembre
Dati georiferiti sulla griglia del modello a risoluzione spaziale orizzontale di 4 km (20144
celle) per 3 annualitàVALORI LIMITE/OBIETTIVO PER INQUINANTE
RELATIVAMENTE ALLA PROTEZIONE DELLA SALUTE UMANA
(D.Lgs. 155/2010 Attuazione della Direttiva 2008/50/CE relativa alla qualità dell’aria ambiente)
OZONO
periodo Valore Limite data VL
Valore obiettivo per il
mediazione Valore Obiettivo Parametro
2010
SO2 1 ora 350 (max 24) 2005
3
24 ore 125 (max 3) 2005 120 μg/m da non
Media massima
Anno 20 2001 Protezione della superare per più di 25
giornaliera
NO2 1 ora 200 (max 18) 2010 salute umana giorni per anno civile
calcolata su 8 ore
anno 40 2010 come media su 3 anni
PM10 24 ore 50 (max 35) 2005
anno 40 2005 Obiettivo a lungo
Valore obiettivo Parametro
PM2,5 anno 25 2015 termine
Media massima
giornaliera
Protezione della 3
calcolata su 8 ore 120 μg/m
salute umana
nell’arco di 1
anno civile
valori in mg/m3,
tra parentesi il massimo numero di superamenti nell’annoConcentrazioni medie annue di NO2 Baseline 2005 2010
Concentrazioni medie annue di PM2.5 Baseline 2005 2010
Concentrazioni medie annue di O3 (max day 8 h) Baseline 2005 2010
Concentrazioni medie estive di O3 (max day 8 h) Baseline 2005 2010
VALIDAZIONE DELLE SIMULAZIONI
Le nostre simulazioni modellistiche sono sempre accompagnate da una validazione sia
dei campi meteorologici che dei campi di qualità dell’aria seguendo le procedure
« standard » identificate nelle linee guida di FAIRMODE (Forum for air quality modelling
in Europe):
• Estrazione dei dati simulati nei punti delle stazioni di monitoraggio (repository di
ISPRA che raccoglie i dati delle Agenzie Regionali)
• Confronto tra dati simulati e dati misurati : calcolo degli scores e di diversi indici
statistici
• I dati misurati devono rispettare specifici requisiti per il calcolo di diverse metriche:
e.s., per il calcolo di una media annuale:
giorni validi: > 75% di records orari validi in 1 giorno
mesi validi: > 90% di giorni validi in 1 mese
stagioni valide: > 75% di records validi in 1 stagione
anno valido: > 90% di records validi in 1 anno (O3: > 75% di dati validi sia nei 6 mesi estivi che nei 6 mesi
invernali)
• L’incertezza viene stimata solo dove sono disponibili osservazioni e non in ogni punto
o in ogni cella della griglia utilizzata dal modelloOzono (O3): stazioni rurali
2003 2005 2007
20 km
aumento numero stazioni
4 km
mg/m3O3: correlazione
2003
Simon et al., 2012
(Atmos. Environ)
2005
2007O3: simulazione 2010
(a) (b) (c)
FIGURA 1 O3, MASSIMO GIORNALIERO DELLA MEDIA MOBILE SU 8 ORE. DIAGRAMMA DI TAYLOR ANNUALE (A), SCATTER
PLOT ANNUALE (B), SCATTER PLOT STAGIONALE INVERNO (BLU) - ESTATE (ROSSO) (C). SONO RAPPRESENTATE LE STAZIONI:
RURALI (CERCHI), URBANE (QUADRATI) E SUBURBANE (TRIANGOLI).Materiale particolato (PM10): stazioni fondo urbano
2003 2005 2007
20 km
4 km
mg/m3Materiale particolato (PM10): diagramma di Taylor
Chemel et al., 2010
(Atmos.Environ)
EURODELTA III:
European AQ
models
intercomparison
Cerchi: stazioni rurali
Crocette : stazioni urbane
Quadrati: stazioni suburbaneMateriale particolato (PM2,5): anno 2010 (a) (b) (c) PM2.5, MEDIE ANNUALI DEI VALORI ORARI. DIAGRAMMA DI TAYLOR ANNUALE (a), SCATTER PLOT ANNUALE (b), SCATTER PLOT STAGIONALE INVERNO (BLU) - ESTATE (ROSSO) (c). SONO RAPPRESENTATE LE STAZIONI: RURALI (CERCHI), URBANE (QUADRATI) E SUBURBANE (TRIANGOLI)
La simulazione di scenario
Scenario simulations with MINNI
http://gains-it.bologna.enea.it/gains/IT/index.loginL’approccio degli Integrated Assessment Model (IAMs)
GAINS-Italia è stato sviluppato in collaborazione con IIASA in analogia al modello GAINS-Europe
Energy/agricultural
projections Driving forces
Emission control
options
Emissions Costs OPTIMIZATION
Atmospheric dispersion
Health and Environmental
environmental impacts targets
International Institute for Applied Systems AnalysisIl primo input di GAINS-IT: lo scenario energetico di ISPRA
Il secondo input di GAINS-IT: lo scenario delle attività produttive (ISPRA ed ENEA)
Il terzo input di GAINS-IT: le tecnologie di riduzione (ISPRA ed ENEA)
TOTAL = 100 %La denominazione Current LEgislation CLE dello scenario Lo scenario nazionale CLE può contenere o meno misure di miglioramento della Qualità dell’Aria ma sempre di tipo normativo o regolamentare La “regionalizzazione” dello scenario nazionale può non rispecchiare la reale distribuzione regionale di questo tipo di misure Non sono comprese misure di livello locale e regionale non riconducibili a norme o regolamenti
GLI SCENARI EMISSIVI
Scenario attività Scenari emissivi
GAINS Mappe di deposizione
produttive
Scenario Italia Mappe di concentrazione
Impatto sull’ambiente e
energetico
sulla salute
Strategia di controllo
(Tecnologie di abbattimento)WORK IN PROGRESS… E SCELTE DA EFFETTUARE 1. Pronto nuovo scenario energetico con 2010 a consuntivo (e non come anno di scenario) e nuovi trend 2. Pronto inventario nazionale 2010 3. Pronta l’armonizzazione all’interno di GAINS delle precedenti basi informative (1. input; 2 output) 4. Non era disponibile una regionalizzazione dello scenario energetico di cui al punto 1
TUTTAVIA …. I CAMBIAMENTI SONO CONTINUI 1. SIA SULLE PROIEZIONI ENERGETICHE/PRODUTTIVE 2. SIA SULLE SERIE STORICHE DELLE EMISSIONI CHE VENGONO PERIODICAMENTE RIALLINEATE
LO SCENARIO DI QUALITA’ DELL’ARIA 2020 PER VIIAS Scenario emissivo identificato in GAINS_Italia come TEST RUN 2020 (Scenario energetico: Strategia Energetica Nazionale SEN di Luglio 2013) Downscale Regionale con le medesime proxies del precedente scenario energetico denominato no_CP Downscale Provinciale con le medesime proxies dell’inventario nazionale 2005 (previo un controllo di coerenza con le proxies dell’inventario 2010 all’epoca solo parzialmente disponibili) Meteorologia 2005 per coerenza con la simulazione di riferimento 2005 Simulazione dell’intero anno 2020 con AMS a 4 km di ris. spaziale Boundary Conditions derivate dalla simulazione EMEP per il 2020 denominata "central baseline scenario" per la Revisione del Protocollo di Gothenburg con anno meteorologico 2005
Lo scenario emissivo per gli NOx
NOX emissions Scenario- SEN 2013- sett 2013 - ITALY
1400
1200
1000
Emissioni NOX (kt)
800
600
400
200
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Power Plants Raffinerie Industria
Civile Trasporto su strada Trasporto off-road Scenario comparison: total NOX emissions
Trasporto marittimo Rifiuti Nec target 2010 1400
TSAP_Apr2013
1200 RUN2020_lug2013
SEN_set2013
1000 NOCP_2010
NOX emissions (kt)
800
600
400
200
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030Lo scenario emissivo per il PM2.5
PM2.5 scenario emissivo - SEN 2013 - sett 2013 - ITALY
150
120
Emissioni PM2.5 (kt)
90
60
30
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Power Plants Raffinerie Industria Civile Trasporto su strada Confronto tra Scenari: emissioni totali di PM2.5
Trasporto off-road Trasporto marittimo Allevamenti Rifiuti Altro
200
180
Emissioni PM2.5 (kt) 160
140
120
100
80
TSAP_Apr2013
60
RUN2020_lug2013
40 SEN_set2013
20 NOCP_2010
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030I RIALLINEAMENTI DELLE SERIE STORICHE DELLE EMISSIONI
Concentrazioni medie annue di NO2 Baseline 2005 2020
Concentrazioni medie annue di PM2.5 Baseline 2005 2020
Concentrazioni medie annue di O3 (max day 8 h) Baseline 2005 2020
Concentrazioni medie estive di O3 (max day 8 h) Baseline 2005 2020
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